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北大郭少军教授AEM: WOx表面修饰的PtNi @ Pt树枝状纳米线作为高效的pH值通用的析氢电催化剂
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北大郭少军教授AEM: WOx表面修饰的PtNi @ Pt树枝状纳米线作为高效的pH值通用的析氢电催化剂

北大郭少军教授AEM: WOx表面修饰的PtNi @ Pt树枝状纳米线作为高效的pH值通用的析氢电催化剂 科学材料站
2020-12-22
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导读：该工作报告了一种新的策略，用于制造一类无定形的WOx表面修饰的PtNi@Pt树枝状纳米线，以实现高效的pH通用HER电催化。


文章信息

WOx表面修饰的PtNi @ Pt树枝状纳米线作为高效的pH值通用的析氢电催化剂
第一作者：Weiyu Zhang
通讯作者：郭少军*
单位：北京大学

研究背景

氢气（H2）考虑到其高能量密度和环境友好性，已被认为是减少矿物燃料的最有希望的替代方法。氢气析出反应（HER）在水电催化中至关重要。以清洁，可持续的方式产生氢气。为了最大程度地降低过电位并提高HER动力学，非常需要一种最佳的电催化剂。尽管最近基于非铂（非Pt）的纳米材料考虑到其与表面上的氢吸附物（Had）的最佳相互作用，Pt基材料的HER性能一直是HER催化的良好表现。
然而，HER动力学由于HER在不同条件下的反应路径不同，尤其是在不同条件下，尤其是Volmer步骤，碱性介质中基于Pt的电催化剂比酸性介质中的低。更具体地说，Pt-Had键的产生从解散碱性介质中的水离子，而在酸性电解质中，Pt-Had键通过水合氢离子形成。但是，在打破Pt的强HO-H键时，还需要克服其他的能垒。
而且，由水分解产生并吸收到活性位点上的羟基物质（OHad）的转移速率比酸中的H+慢得多，从而减少了Pt-Had的形成。因此，迫切需要通过合理的电子和基于Pt的电催化剂的结构设计来降低水离解的能垒并加速OHad的转移，以在碱性环境中获得有效的HER。

文章简介

近日，北京大学郭少军教授在Advanced Energy Materials上发表题为“WOx‐Surface Decorated PtNi@Pt Dendritic Nanowires as Efficient pH‐Universal Hydrogen Evolution Electrocatalysts”的研究工作。
该工作报告了一种新的策略，用于制造一类无定形的WOx表面修饰的PtNi @ Pt树枝状纳米线（WOx-PtNi @ Pt DNWs），以实现高效的pH通用HER电催化。制成的WOx-PtNi @ Pt DNW在电流密度为10 mA cm-2的情况下，在0.1 M KOH，0.1 M HClO4和0.5 M磷酸盐缓冲盐水中的过电势分别为24, 5和22 mV，显示出卓越的HER性能。
在碱性条件下，WOx-PtNi @ Pt DNW的质量活度为3.3 mA μgPt-1，在70 mV的超电势下，在所有报道的材料中都是最好的。理论计算证实了将WOx引入PtNi DNW中对于促进碱性和酸性HER的有效电子转移起着关键作用。通过WOx诱导的应变效应实现了Pt-Ni-Ni-W界面内PtNi区的激活，从而保证了HER中的卓越性能。

本文要点

要点一：本文已经成功设计了在所有pH值下用于高级HER的无定形WOx表面修饰的PtNi @ Pt树状纳米线。特别是，降低了碱性HER工艺中水离解步骤的障碍。

要点二：在0.1 m KOH，0.1 m HClO4和0.5 m PBS中，它仅分别需要24、5和22 mV的超电势，以实现10 mA cm-2的电流密度，并且在不同电解液中进行CP测试时显示出轻微的下降。DFT计算揭示了在pH通用HER中WOx-PtNi中优化的电子结构。表面暴露的金属WOx位点不仅激活PtNi位点的电活性，而且还促进了碱性HER中Ni位点的水分解。

要点三：通过在酸性和碱性环境中的能量上有利的能量路径以及减轻的水离解障碍，证实了HER性能的提高。

文章链接

WOx‐Surface Decorated PtNi@Pt Dendritic Nanowires as Efficient pH‐Universal Hydrogen Evolution Electrocatalysts
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202003192

通讯作者介绍

郭少军，研究员、博士生导师
材料科学与工程系特聘研究员；能源与资源工程系特聘研究员。已在国际著名学术期刊 Chem. Soc. Rev. (1), Acc. Chem. Res. (1), JACS (13), Adv. Mater. (5), Angew. Chem. (5), Nano Lett. (1), ACS Nano (12), Nano Today (1)和Energy Environ. Sci. (2) 等共发表学术论文151篇（80篇为第一作者和通讯作者）和书章节4部，发表论文影响因子大于10的41篇。研究成果受到了国际同行广泛的关注，其中ESI Top 1%高引用率文章29篇、ESI Top 0.1%热点文章7篇、亮点文章5篇、封面文章5篇、VIP文章3篇和点击率文章25篇。36次被Chemical & Engineering News, Science News, Science Daily, Brown News, Providence Business News, Materials Today, ChemCatChem, Nano Energy和Physics News等多家刊物和网站专题评论。发表文章已被引用10000余次，H指数为53。发表论文单篇引用超过100次的26篇，超过600次的3篇。
https://www.coe.pku.edu.cn/jzyg/qbjylb/876502.htm


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